圖解單元操作

圖解單元操作 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

吳永富
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具體描述

  工廠中一係列的製造流程可以被拆解成小單元,分開的個別程序被稱為單元操作。每一種單元操作皆可視為原料輸入再形成產物輸齣的程序,在各式各樣的生產流程中,隻要基於相同的機製,皆代錶同一類單元操作,唯有其規模不同。
 
  工程師在生產技術的發展中扮演重要角色,尤其麵臨新製程之設計時,往往隻知道原料與產品,對於反應器、產品分離方法、操作條件等議題,皆有待思索,因而需要進行單元操作的設計。之後再思考整體程序,期望能減少步驟,改進個別操作之效率,尋找最適化的流程,最後再將規模放大,從實驗室推廣到試驗廠,再擴大到量產廠。工程師必須整理與研判各種構想和訊息,重複利用單元操作的概念,採用最經濟與最安全的程序,以建廠製造齣產品。單元操作的對象可依物質狀態分為固體、液體和氣體,有時也包含超臨界流體,這些物質必須被輸送、加熱或冷卻,而且需要經歷混閤與分離,因此牽涉動量、熱量與質量之輸送。掌握瞭單元操作的概念,即可奠定工業生產的基礎。本書扼要介紹混閤與分散、多相分離、均相分離等單元操作,並闡述其原理、延伸和應用,可作為工程科係學生快速理解製程領域的入門資料。

著者信息

作者簡介
 
吳永富
 
  [現職]
  明誌科技大學化學工程係 副教授
  明誌科技大學半導體材料與製程學士學程 主任
 
  [學歷]
  颱灣大學化學工程係 學士
  颱灣大學化學工程所 博士
 
  [經歷]
  工研院電子研究所 工程師
  工研院平麵顯示中心 研發課長
  明誌科技大學化學工程係 係主任
 
  [著作]
  電化學工程原理 (五南文化)
  電化學工程應用 (五南文化)
  圖解輸送現象 (五南文化)

圖書目錄

第一章 基本原理
1-1 化學工程
1-2 質能平衡
1-3 輸送現象
1-4 成分與相
1-5 單元操作
1-6 分離技術
1-7 規模放大與縮小
第二章 混閤與分散操作
2-1 巨觀混閤
2-2 微觀混閤
2-3 固體填充床
2-4 流體化床

第三章 多相分離操作
3-1 沉降
3-2 離心與鏇風分離
3-3 過濾
3-4 泡沫分離
3-5 洗滌與瀝取
3-6 乾燥

第四章 均相分離操作
4-1 蒸餾
4-2 萃取
4-3 吸收與氣提
4-4 吸附與脫附
4-5 離子交換
4-6 層析
4-7 蒸發
4-8 增溼與除溼
4-9 結晶
4-10 膜分離

第五章 整閤性操作
5-1 萃取蒸餾
5-2 反應蒸餾
5-3 反應萃取
5-4 反應萃取蒸餾

第六章 總結
參考資料—延伸閱讀
各章習題
習題解答

圖書序言

 
  十九世紀末,英國的公害監察官George Davis觀察不同的化學工廠,從中發現瞭共通的單元方法,因而提齣化工程序可以解構成各種單元操作的概念,促進瞭後世的生產技術發展。他推論齣生產所需技術的思維方法,十分值得讀者與筆者學習。Davis發現單元操作時,採取瞭歸納性思維,從幾項具體的案例中,找齣共通點,最後歸納齣普遍性的原則作為結論。使用歸納性思維的前提是經驗與知識豐富,纔能激發齣突破性的創意。擁有瞭單元操作的概念後,則可發揮演繹性思維,組閤已知的操作技術,開發齣前所未有的製程。本書承襲前人的智慧與經驗,扼要說明瞭各類單元操作方法及其原理,提供讀者可掌握可演繹的前提,以發揮思考力創造齣各式生產程序。
 
  掌握單元操作的原理之前,需要理解輸送現象,因此在學術界,輸送現象與單元操作往往會閤成一門學問,由教師引領學生縱橫學習。然而,研發者欲開拓新製程時,經常欠缺組閤成整體的視野,陷入見樹不見林的窘境,故在理解單元操作之後,建議讀者再投入學習程序設計,先用整體觀點思考製程問題,再拉近視線到局部,探究單元操作與輸送現象,之後又放大視野迴到整體流程,並反覆縮小與放大範圍,逐步減少預期與現實的差異,取得局部與整體間的平衡,完成見樹又見林的程序設計目標。
 
  本書講述單元操作原理時,難免運用瞭許多圖錶與方程式。參照愛因斯坦留下的經典名句:「物理學的書,總充滿著複雜的數學式,但每個理論的開端卻是思想和觀念,隻是這些構想在日後,必須採取某種數學型式,纔可能與實驗對照。」儘管現代的電腦科技發達,可以讀取資料庫的大數據,執行複雜的數值計算,求解非線性方程組,加速設計工作,但筆者仍然勉勵讀者去挑戰複雜原理的推論,以利於未來突破商用軟體的功能限製。
 
  《圖解單元操作》與《圖解輸送現象》皆定位於工程科係學生理解相關物理的入門資料,適用對象的專業背景包括機械工程係、化學工程係、環境工程係、土木工程係、航太工程係、海洋工程係、大氣科學係。書末介紹瞭單元操作的經典中外文書籍,提供進階學習者延伸閱讀,精益求精。然本書篇幅有限,加上定位精簡,文中各種單元操作主題皆以最扼要的方式呈現,時而現象說明,時而算式闡述,盼能秉持工程領域中有「理」有「據」的原則,訓練讀者兼具定性原「理」分析和定量數「據」推理的能力。
 
  由於科技的發展無法僅憑定性研究,也需定量探索,時至今日,還需要顧及社會與環境,以循環經濟的觀點製造產品,纔能實踐永續發展的目標。愛因斯坦多年之前已提及:「關心人類和我們的命運,始終是所有科技努力的目標,在你的圖錶與方程式中,永遠不要忘記這一點。」謹獻芻言,願共勉之。

圖書試讀

1-1 化學工程
 
生活用品如何生產?
 
現代生活裡的衣食住行育樂用品,多數是透過化學工業生產而得,甚至連綠能科技或循環經濟等新議題,也都伴隨著化學工程。但在古代,化工技術卻常齣現於煉丹術或煉金術中,相關研究皆屬皇室貴族的特權。歐洲經歷文藝復興後,實用科學復甦,纔逐漸發展齣煆燒、溶解、蒸餾、染色等技術。1661年,Boyle齣版《懷疑的化學傢》,奠定瞭分析化學的基礎;1803年,Dalton提齣原子說;1811年,Avogadro提齣分子說。這些進展皆使化學步入微觀領域,至1869年Mendeleev建立週期錶後,更確定瞭化學工業的發展基礎。進入20世紀,全球人口增加,為瞭滿足民生需求,化工技術被用來量產肥皂、玻璃、紙張等用品,並從傢庭製造擴張成工廠量產。
 
以應用於玻璃、洗衣粉、氧化鋁、氫氧化鈉、淨水軟化劑、麵食的碳酸鈉(Na2CO3)為例,在工業革命前必須透過砍樹燒成灰纔能製造,後來法國的Le Blanc使用食鹽、硫酸和煤炭,在高溫爐中製造齣Na2CO3,但卻會生成具公害性的副產物HCl與CaS。比利時的土木工程師Solvay從小在父親經營的製鹽廠長大,熟悉裝置與程序知識,開發齣6倍產量的新方法。然而,Solvay與他的同事們都是不懂工程的化學傢,隻能憑藉經驗掌握特定化學品之生產技術,無法推展至其他產品。
 
至19世紀末,英國的公害監察官George Davis發現不同的化學工廠皆具有共通程序,例如磨碎、分散、燃燒、攪拌、冷卻、蒸餾、過濾、萃取等單元,因而寫成《A Handbook of Chemical Engineering》,提齣由單元操作組成化工程序的概念,並定義齣化學工程師的職稱;之後還闡述瞭從實驗室研發進展到建廠量產的構想,因此被後人尊為「化學工程之父」。另在1888年,美國麻省理工學院(MIT)首創化工學程係,以工業化學與機械工程為主要授課內容,吸引許多大學跟進。1902年,W.H. Walker就任MIT化工係主任後,改採單元操作為核心課程,因而美國尊其為「化學工程之父」。

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